WO2016079221A1 - Diffuser of a thermal energy machine and thermal energy machine - Google Patents

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WO2016079221A1
WO2016079221A1 PCT/EP2015/077051 EP2015077051W WO2016079221A1 WO 2016079221 A1 WO2016079221 A1 WO 2016079221A1 EP 2015077051 W EP2015077051 W EP 2015077051W WO 2016079221 A1 WO2016079221 A1 WO 2016079221A1
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diffuser
air
air guide
outlet
guide elements
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PCT/EP2015/077051
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French (fr)
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Florian Fuchs
Martin Hecklau
Nils Herzog
Philippos Theodoros Mavrommatis
Stefan Mutke
Julia MÜHL
Matthias Pruss
Rafael Reckert
Julian Speiser
Rene Wohltat
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a diffuser of a thermal energy machine, in particular a gas turbine, with a diffuser inlet, with a diffuser outlet and with a large number of air guide elements, in which an air mass flow passes through the diffuser inlet into the diffuser, and in which the in the diffuser reached ⁇ air mass flow passing through the diffuser outlet out of the diffuser and thereby also flows out as a plurality of Lucasmassenpartialströmen means of the air guiding elements.
  • the invention further relates to a thermal energy ⁇ machine, in particular a gas turbine, with a compressor for compressing along the machine longitudinal center axis in the axial flow direction air mass flow, with this compressor axially downstream diffuser and with two opposite, radially further outwardly arranged silo combustion chambers wherein a Enriched by a housing of the thermal energy machine Diffusoraus- passage region radially leading to the silo combustion chambers towards inflow channels in such a way into leads that of exiting from the Dif ⁇ fusor air mass flow by means of the Diffusoraus- passage region can flow into the inflow channels.
  • Generic diffusers especially downstream of a compressor of a turbine are well known in the art.
  • the aerodynamic properties of these diffusers are essentially influenced by the contours of the inner and outer shell of the diffuser and by air baffles at a diffuser outlet, but also in particular by the Leitschau ⁇ fel Herbert the last compressor stage of a downstream arrange ⁇ th compressor.
  • a substantially radial flow direction of the air mass flow among other things, a secondary flow having a flow component in the radial direction is induced, which may cause the air mass flow with respect to a critical blockage of the air mass flow within the diffuser, and thus also to increased flow ⁇ losses.
  • partial flow separations can occur, which can lead to a sensitive reduction in the delay of the air mass flow at the diffuser and thus also to a lower static pressure at the diffuser outlet.
  • a diffuser of a thermal energy machine in particular a gas turbine, with a diffuser inlet, with a diffuser outlet and with a large number of air guide elements, in which an air mass flow reaches the diffuser through the diffuser inlet, and wherein the came into the diffuser air mass flow passing through the diffuser outlet out of the diffuser out, and in this case flows through the air guide ⁇ elements as a plurality of circumferentially adjacent Lucasmassenpartialströmen, wherein at least two un ⁇ indirectly adjacent air guide elements are configured such that their circumferential detectable component ei ⁇ nen outflow angle ⁇ based on the circumferentially configured by the circumferentially circumferential outlet opening of the diffuser exit circumferential surface are different from each other.
  • Each of the air guiding elements lives by its shape a lo ⁇ cal discharge angle ⁇ held, with which a generated by the jewei ⁇ age air guide element air mass partial flow flows from this air guide.
  • Each local outflow angle can be divided into two different components (which in turn are angles):
  • a first component which is detectable by a longitudinal section through the diffuser along its longitudinal central axis, gives the tendency of the outflowing air over the
  • Longitudinal center axis to: whether the air flows parallel to the longitudinal center Lach ⁇ se or is guided radially further outward or inward.
  • a second component of the outflow angle which passes through a perpendicular to the longitudinal center axis of the diffuser
  • Can be detected section indicates the inclination of the outflowing air relative to the circumferential direction: whether the air parallel to the circumferential direction of the diffuser outlet (maximum twist) or with less strong swirl around the longitudinal center axis. It is irrelevant whether the spin is clockwise or opposite.
  • This second component is referred to he ⁇ tangible component of the outflow angle here than in the circumferential direction and it is the invention according ⁇ different for at least two immediately adjacent Lucasmassenpartialströme.
  • At least two immediately Benach ⁇ disclosed air guide elements of the plurality of air guide elements are designed such that their detectable in the circumferential direction component of an outflow angle relative ⁇ to a configured by the outlet opening of the diffuser outlet Peripheral surface are different from each other.
  • outflow angles can be determined even for different radial positions of the diffuser exit.
  • the outflow angles can be determined even for different radial positions of the diffuser exit.
  • Outflow angle of the relevant air guide elements are determined on the same radius.
  • the radius is the radial distance-between the longitudinal central axis of the diffuser and be ⁇ striking point of the trailing edge of the spoiler element.
  • the respective can be at different circumferential positions of the diffuser exit Air mass partial streams with a respective individual swirl locally flow there, so that the individual air mass Parti ⁇ alströme the mouth openings of inflow channels of silo combustion chambers can now be supplied loss.
  • those air mass partial flows which have to cover a longer path to the orifices can flow out of the diffuser by means of appropriately designed air guide elements with a larger swirl than those air mass partial flows which have to travel a shorter distance to the mouth openings. This reduces the flow losses between the diffuser exit and the estuarine areas ⁇ .
  • Outflow angle may be different in the present case and depends substantially on the design of the diffuser or the like. In this respect, only selected air guide elements in the Sin ⁇ ne of the invention can be manipulated in order to achieve the present desired effects can.
  • the outflow angles ⁇ refer to the peripheral surface, which is configured by the circumferentially umlau ⁇ fende outlet opening of the diffuser outlet.
  • This peripheral surface is in this case clamped by the bent and extending in the circumferential direction of the diffuser Austrittsöff ⁇ voltage of the diffuser exit.
  • thermo energy machine essentially refers to a turbine and in particular a gas turbine
  • the two immediately adjacent air guide elements are hereby arranged in the circumferential direction of the diffuser exit directly remodelein ⁇ other preferably at the diffuser outlet of the diffuser, or alternatively immediately behind the diffuser outlet in a diffuser exit region of a thermal energy machine or a turbine.
  • control blades can be designed un ⁇ differently.
  • a spoiler element to a sheet metal body having a ⁇ advantageous according to the invention formulated ⁇ outflow lines.
  • Such a desired outflow angle ⁇ can be achieved in a structurally particularly simple manner, for example, by means of an angle of inclination of the sheet-metal body or of the respective air-guiding element that is suitably selected at the diffuser exit.
  • Kgs be used ⁇ NEN advantageously equal or identical shaped air guide elements, whereby a cost-effective manufacturing can be achieved.
  • air guide elements with differently shaped and directed air guide surfaces can also be used in order to be able to achieve or enhance the present effects.
  • this complicates the manufacture and assembly of the individual different air guide elements.
  • the number of provided air guiding elements can be chosen almost arbitrarily, and drawings and the outflow angle and / or the inclination angle of the air guide elements, insbeson ⁇ particular of at least two immediately adjacent air guide ⁇ elements selected depending on the number of soraustritt to the diffu- arranged air guiding elements can.
  • such air guide elements are arranged distributed on the circumference of the diffuser outlet.
  • the present air guide elements are arranged in the circumferential direction of the diffuser exit side by side and thus also in Wesentli ⁇ Chen concentrically around a machine longitudinal center axis of a thermal energy machine or a compressor of the thermal energy ⁇ machine around.
  • the Luftmassenpartialströme generated by the plurality of air guide elements can herein flow out with different ⁇ union Abströmwinkeln of the diffuser outlet, WO advantageously through all generated Heilmassenpartialströme, in particular with lower preferential directions, approximately in the direction of inlet flow ducts from radially outwardly arranged silo combustion chambers or the like, can flow out.
  • the outflow angles of the air mass partial streams are predetermined by the individual air guiding elements such that a direct flow of the inflow channels takes place in this respect.
  • the object of the invention is also provided by a thermal energy machine, in particular a gas turbine, with a compressor for compressing an air mass flow flowing along the longitudinal axis of the machine in the axial flow direction, with a diffuser axially downstream of this compressor and with two radially outermost ones facing one another Silo combustion chambers solved in which a configured by a housing of the thermal energy machine diffuser exit area radially in to the Si In this way, the air mass flow exiting from the diffuser can flow out into the inflow channels by means of the diffuser outlet region, the thermal energy machine being characterized by the diffuser described here, which can be designed according to one of the feature combinations described here.
  • the diffuser outlet can giemaschine to the thermal energy, particularly at the gas turbine, such being ⁇ staltet be that in particular the inflow channels of the silo combustion chambers can be partial flows flows direct and defined by the air mass.
  • a equipped by the present diffuser thermal energy machine or turbine can thus be operated much more effectively.
  • a preferred embodiment provides that two independent indirectly adjacent air guide elements having different inclination angles with respect to the peripheral surface are inclined angeord ⁇ net.
  • the air mass partial flows generated in each case by the air guide elements which are inclined differently with respect to the peripheral surface can flow off more individually.
  • the common air guide element is arranged between the two air guide elements which are directly adjacent thereto, wherein these air guide elements are placed next to one another in the circumferential direction of the diffuser outlet.
  • the air guide elements in particular two directly adjacent air guide elements, relative to the peripheral surface, which is spanned by the concentric about a machine longitudinal axis of the diffuser extending around the outlet opening of the diffuser exit under ⁇ different outflow, the outflow directions of the air mass partial streams can be set individually be in order to achieve the desired effects for the purposes of the invention.
  • the preferred directions of the erzeug ⁇ th through the air guide elements Heilmassenpartialströme can more precisely and boundi ⁇ ver flow off in particular to a diffuser exit area, when selected with respect to the peripheral surface inclination angle of the air guide elements in dependence on their respective circumferential position are selected at the diffuser outlet.
  • outflow angle ⁇ and / or inclination angle of the air guide ⁇ elements in terms are smaller on a configured through an outlet opening of the diffuser outlet peripheral surface, the further the respective air guiding element from a Mün ⁇ dung opening of an inflow channel of Silo Burning chambers or the like is arranged remotely, as a result, the parti ⁇ ellen outflows can be specified more specific.
  • outflow angle ⁇ and / or inclination angle of the adjacent air guide elements are selected as a function of a formulated from the last compressor stage flow exit angle of the air masses ⁇ stream of arranged upstream compressor.
  • a ⁇ the blocking of the air mass flow within the diffuser can advantageously be counteracted by the fact that the
  • Outflow angle ⁇ and / or inclination angle of the air guide elements are selected in dependence on a formulated by the last compressor stage flow outlet angle of the air mass flow of the upstream compressor.
  • the opposing air guide elements can be arranged in the circumferential direction of the diffuser outlet by 180 ° ver ⁇ sets to each other.
  • unbalanced loads can be avoided entirely or at least sig ⁇ nificantly reduced as at the diffuser outlet ge ⁇ genüberode air guiding elements not ⁇ the same Abström ⁇ angles or do not have the same angle of inclination with respect to two silo Brennscheinrichtun- gene of a gas turbine.
  • the diffuser outlet opposite air guide elements have mutually different outflow angles ⁇ or different angles of inclination from each other.
  • individual adjustment of the outflow angle ⁇ or the angle of inclination in accordance with the invention may be a Auftei ⁇ development of the air mass flow more precise and thus homogenization of the combustion to the silo combustors are achieved.
  • the air mass partial streams flowing out of the diffuser outlet can already be virtually sorted, so that they can flow through a diffuser outlet area more effectively, in particular.
  • FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view of a diffuser of a turbine cut transversely to a turbine longitudinal center axis
  • Figure 2 schematically shows a perspective partial view of a
  • the diffuser 1 which is at least partially shown in FIGS. 1 and 2, is arranged downstream of a compressor of a thermal energy machine or turbine 3, not shown here, in the axial flow direction 2, the axial flow direction 2 being in alignment with the longitudinal central axis 4.
  • a downstream behind the diffuser 1 Trained diffuser exit area 10 is at least partially housing by an overall 11 of the turbine designed 3, wherein the diffuser outlet portion 10 laterally (in relation to its median longitudinal ⁇ center axis 4 in the radial direction 12 only by way of example be ⁇ characterized ) opens radially outward into a respective orifice opening 13 or 14 of an inflow channel 15 or 16, respectively, which in each case leads as far as into the corresponding silo combustion chamber.
  • the diffuser shown here is a diagonal ring diffuser. Diagonally indicates that the main flow direction in the diffuser 1 is approximately 45 ° with respect to a longitudinal center axis 4 of the diffuser 1. Ring diffusor means that the
  • Diffuser exit region 10 is formed as an annular gap which surrounds the longitudinal central axis 4 of the diffuser 1 concentrically.
  • an air mass flow flowing through the compressor in the axial flow direction 2 does not reach the diffuser 1 through a diffuser inlet 20 and flows through an expanding diffuser channel 21 of the diffuser 1 and flows at ⁇ closing further from a diffuser outlet 22 and the dif- fusoraustritts Quarry 10 to the orifices 13 and 14 from, the flowing air mass flow in the area of the diffuser exit 22 by means of a plurality of Lucasleitele ⁇ elements 23 (only exemplarily here) corresponding to a Variety of air mass partial streams 24 (only exemplarily figured, see Figure 1) is divided.
  • the plurality of air guide elements 23 are arranged distributed in the circumferential direction 25 of the diffuser outlet 22 concentrically around the turbine longitudinal central axis 4.
  • the individual air mass partial flows 24 can flow out more directly and optimally in the direction of the orifices 13 and 14, at least some of the air guiding elements 23 and, in particular, two directly adjacent air guiding elements 23 with an angle of inclination 30 (shown only by way of example) with respect to one through the outlet opening 31 of FIG Diffuser exit 22 clamped circumferential surface 32 of ⁇ art arranged inclined that the individual Heilmassenpartial ⁇ currents 24 can flow more directly and optimally in the direction of the orifices openings 13 and 14.
  • air guide elements 23 may still be designed differently such that the individual Air mass partial streams 24 direct and optimized in the direction of the orifices 13 and 14 or even more effective flow.
  • those air mass partial flows 24, which flow out at the 3 o'clock and 9 o'clock position of the diffuser 1 do this virtually without twisting.
  • the air mass partial flows or the air guiding elements 23 directing them have a rather small, if any, component of the outflow angle that can be detected in the circumferential direction.
  • those air mass partial streams which emanate at the 12:00 o'clock and 06:00 o'clock position of the diffuser are provided with greater swirl.
  • these Heilmassenpartialströme or these guiding elements 23 Gutleitele ⁇ a rather larger detectable in the circumferential direction compo- nent of the outflow angle on.
  • an outflow angle ⁇ is generated, wherein a different outflow angle thereof by a first air guide elements 23 immediately adjacent to it is evidence ⁇ + ⁇ ⁇ and - ⁇ ⁇ thereof a different outflow angle of a further air guiding elements immediately adjacent the 23rd Furthermore, from a first indirectly adjacent air guiding element 23, a different outlet angle ⁇ + 2 is generated, etc. Further, the selected with respect to the peripheral surface 32 inclination angle 30 of the air guide elements 23 are selected depending on their respective circumferential position 33 at the diffuser outlet 22, whereby the individual air mass partial streams 24 even more targeted flow in the direction of the mouth openings 13 and 14.
  • diffuser 1 By means of the integrated in the turbine 2 and above ⁇ be written diffuser 1 can already be pre-sorted such well with respect to their flow direction of the flowing from the diffuser outlet 22 Heilmassenpartialströme 24 that they can flow off more effectively to the discharge openings 13 and 14 out.

Abstract

The invention relates to a diffuser (1) of a thermal energy machine (3), in particular of a gas turbine (5), comprising a diffuser inlet (20), a diffuser outlet (22), and a plurality of air-guiding elements (23), wherein an air mass flow enters the diffuser (1) through the diffuser inlet (20), and wherein the air mass flow that has entered the diffuser (1) exits the diffuser (1) through the diffuser outlet (22) and flows off as a plurality of partial air mass flows (24) by means of the air-guiding elements (23), wherein at least two immediately adjacent air-guiding elements (23) of the plurality of air-guiding elements (23) are designed in such a way that the flow-off angles (αn) thereof with respect to the circumferential surface (32) formed by the outlet opening (31) of the diffuser outlet (22) extending circumferentially in the circumferential direction (25) differ from each other.

Description

Beschreibung description
Diffusor einer thermischen Energiemaschine sowie thermische Energiemaschine Diffuser of a thermal energy machine as well as thermal energy machine
Die Erfindung betrifft einen Diffusor einer thermischen Energiemaschine, insbesondere einer Gasturbine, mit einem Diffu- soreintritt, mit einem Diffusoraustritt und mit einer Viel- zahl an Luftleitelementen, bei welchem ein Luftmassenstrom durch den Diffusoreintritt hindurch in den Diffusor hinein gelangt, und bei welchem der in den Diffusor gelangte Luft¬ massenstrom durch den Diffusoraustritt wieder aus dem Diffusor hinaus gelangt und hierbei mittels der Luftleitelemente als eine Vielzahl an Luftmassenpartialströmen abströmt. The invention relates to a diffuser of a thermal energy machine, in particular a gas turbine, with a diffuser inlet, with a diffuser outlet and with a large number of air guide elements, in which an air mass flow passes through the diffuser inlet into the diffuser, and in which the in the diffuser reached ¬ air mass flow passing through the diffuser outlet out of the diffuser and thereby also flows out as a plurality of Luftmassenpartialströmen means of the air guiding elements.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine thermische Energie¬ maschine, insbesondere eine Gasturbine, mit einem Verdichter zum Verdichten eines entlang der Maschinenlängsmittelachse in axialer Strömungsrichtung strömenden Luftmassenstroms, mit einem diesem Verdichter axial nachgeschalteten Diffusor und mit zwei sich gegenüberliegenden, radial weiter außen angeordneten Silo-Brennkammern, bei welcher ein durch ein Gehäuse der thermischen Energiemaschine ausgestalteter Diffusoraus- trittsbereich radial in zu den Silo-Brennkammern hin führenden Zuströmkanäle derart hinein mündet, dass der aus dem Dif¬ fusor austretende Luftmassenstrom mittels des Diffusoraus- trittsbereichs in die Zuströmkanäle abströmen kann. Gattungsgemäße Diffusoren speziell stromab eines Verdichters einer Turbine sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Die aerodynamischen Eigenschaften dieser Diffusoren werden im Wesentlichen durch die Konturen von Innen- und Außenschale des Diffusors und durch Luftleitbleche an einem Diffusoraustritt , aber auch insbesondere durch die Leitschau¬ felreihe der letzten Verdichterstufe eines stromab angeordne¬ ten Verdichters beeinflusst. Durch eine im Wesentlichen radiale Strömungsrichtung des Luftmassenstroms wird unter anderem eine Sekundärströmung mit einer Strömungskomponente in radialer Richtung induziert, welche zu einer kritischen Verblockung des Luftmassenstroms innerhalb des Diffusors und damit auch zu erhöhten Strömungs¬ verlusten bezüglich des Luftmassenstroms führen kann. Ferner kann es zu partiellen Strömungsablösungen kommen, welche zu einer empfindlichen Reduzierung der Verzögerung des Luftmassenstroms am Diffusor und insofern auch zu einem geringeren statischen Druck am Diffusoraustritt führen können. The invention further relates to a thermal energy ¬ machine, in particular a gas turbine, with a compressor for compressing along the machine longitudinal center axis in the axial flow direction air mass flow, with this compressor axially downstream diffuser and with two opposite, radially further outwardly arranged silo combustion chambers wherein a Enriched by a housing of the thermal energy machine Diffusoraus- passage region radially leading to the silo combustion chambers towards inflow channels in such a way into leads that of exiting from the Dif ¬ fusor air mass flow by means of the Diffusoraus- passage region can flow into the inflow channels. Generic diffusers especially downstream of a compressor of a turbine are well known in the art. The aerodynamic properties of these diffusers are essentially influenced by the contours of the inner and outer shell of the diffuser and by air baffles at a diffuser outlet, but also in particular by the Leitschau ¬ felreihe the last compressor stage of a downstream arrange ¬ th compressor. By a substantially radial flow direction of the air mass flow among other things, a secondary flow having a flow component in the radial direction is induced, which may cause the air mass flow with respect to a critical blockage of the air mass flow within the diffuser, and thus also to increased flow ¬ losses. In addition, partial flow separations can occur, which can lead to a sensitive reduction in the delay of the air mass flow at the diffuser and thus also to a lower static pressure at the diffuser outlet.
Weiter ist es aus der EP 0 628 728 AI bekannt, einen so ge¬ nannten Split-Diffusor zwischen dem Verdichter und einer Ringbrennkammer einer Gasturbine anzuordnen, um die verdich- tete Luft einem Brennkammerplenum verlustarm zuzuführen. Dabei sind im Split-Diffusor ausgangsseitig Entdrallschaufeln mit identischen Abströmprofilen angeordnet, wodurch einzelne Luftströme mit gleichem Drall abströmen. Nach der EP 0 651 207 AI kann die Segmentierung der Abströmung in Umfangsrich- tung auch durch individuelle Rechteck-Kanäle erfolgen, deren jeweiligen Austrittsöffnungen auf unterschiedlichen Radien liegen. Gemäß der FR 1 037 610 können Entdrallschaufeln auch diffusoreingangsseitig vorgesehen sein. Insgesamt eignen sich derartige Diffusoren jedoch nur bedingt zur Verwendung in einer Gasturbine mit Silo-Brennkammern. Further, it is known from EP 0628728 Al, to arrange a so-called split-¬ diffuser between the compressor and an annular combustion chamber of a gas turbine, to supply the compacted preparing air to a combustion chamber plenum losses. In the split diffuser, on the output side, entangling blades with identical outflow profiles are arranged, as a result of which individual air streams flow off with the same twist. According to EP 0 651 207 A1, the segmentation of the outflow in the circumferential direction can also be effected by individual rectangular channels whose respective outlet openings lie at different radii. According to FR 1 037 610, entangling blades may also be provided on the diffuser input side. Overall, however, such diffusers are only partially suitable for use in a gas turbine with silo combustion chambers.
Darüber hinaus offenbart die US 2007/0271923 AI eine Gastur¬ bine, bei der zur Reduzierung der Strömungsverluste zwischen Diffusorausgang und Brennkammereingang Leitelemente vorgesehen sind. Deren Befestigung erscheint jedoch recht aufwändig und auch aerodynamisch verlustbehaftet zu sein. Furthermore, the US 2007/0271923 Al discloses a Gastur ¬ bine, in which are provided to reduce the flow losses between the diffuser exit and the combustion chamber inlet vanes. However, their attachment seems to be quite complex and also aerodynamically lossy.
Es ist Aufgabe der Erfindung, insbesondere die vorstehend ge¬ nannten Nachteile zu überwinden und zudem die aerodynamische Effizienz von gattungsgemäßen Diffusoren zu steigern. Die Aufgabe wird von einem Diffusor einer thermischen Energiemaschine, insbesondere einer Gasturbine, mit einem Diffu- soreintritt, mit einem Diffusoraustritt und mit einer Viel¬ zahl an Luftleitelementen gelöst, bei welchem ein Luftmassen- ström durch den Diffusoreintritt hindurch in den Diffusor hinein gelangt, und bei welchem der in den Diffusor gelangte Luftmassenstrom durch den Diffusoraustritt wieder aus dem Diffusor hinaus gelangt und hierbei mittels der Luftleit¬ elemente als eine Vielzahl an in Umfangsrichtung benachbarten Luftmassenpartialströmen abströmt, wobei wenigstens zwei un¬ mittelbar benachbarte Luftleitelemente derart ausgestaltet sind, dass deren in Umfangsrichtung erfassbare Komponente ei¬ nen Abströmwinkel η bezogen auf die durch die in Umfangs- richtung umlaufende Austrittsöffnung des Diffusoraustritts ausgestaltete Umfangsflache voneinander verschieden sind. It is an object of the invention, in particular to overcome the above-mentioned ge ¬ called disadvantages and also to increase the aerodynamic efficiency of generic diffusers. The object is achieved by a diffuser of a thermal energy machine, in particular a gas turbine, with a diffuser inlet, with a diffuser outlet and with a large number of air guide elements, in which an air mass flow reaches the diffuser through the diffuser inlet, and wherein the came into the diffuser air mass flow passing through the diffuser outlet out of the diffuser out, and in this case flows through the air guide ¬ elements as a plurality of circumferentially adjacent Luftmassenpartialströmen, wherein at least two un ¬ indirectly adjacent air guide elements are configured such that their circumferential detectable component ei ¬ nen outflow angle η based on the circumferentially configured by the circumferentially circumferential outlet opening of the diffuser exit circumferential surface are different from each other.
Jedem der Luftleitelemente wohnt durch seine Gestalt ein lo¬ kaler Abströmwinkel η inne, mit welchem ein durch das jewei¬ lige Luftleitelement erzeugter Luftmassenpartialstrom von diesem Luftleitelement abströmt. Jeder lokale Abströmwinkel ist in zwei unterschiedliche Komponenten (die wiederum Winkel sind) zerlegbar: Each of the air guiding elements lives by its shape a lo ¬ cal discharge angle η held, with which a generated by the jewei ¬ age air guide element air mass partial flow flows from this air guide. Each local outflow angle can be divided into two different components (which in turn are angles):
Eine erste Komponente, welche durch einen Längsschnitt durch den Diffusor entlang seiner Längsmittelachse erfassbar ist, gibt die Neigung der abströmenden Luft gegenüberüber der A first component, which is detectable by a longitudinal section through the diffuser along its longitudinal central axis, gives the tendency of the outflowing air over the
Längsmittelachse an: ob die Luft parallel zur Längsmittelach¬ se ausströmt oder nach radial weiter außen bzw. innen geleitet wird. Longitudinal center axis to: whether the air flows parallel to the longitudinal center Lach ¬ se or is guided radially further outward or inward.
Eine zweite Komponente des Abströmwinkels, welche durch einen senkrecht zur Längsmittelachse des Diffusors verlaufenden A second component of the outflow angle, which passes through a perpendicular to the longitudinal center axis of the diffuser
Schnitt erfassbar ist, gibt die Neigung der abströmenden Luft gegenüber der Umfangsrichtung an: ob die Luft parallel zur Umfangsrichtung des Diffusoraustritts (Maximaldrall) oder mit minder starkem Drall um die Längsmittelachse ausströmt. Dabei ist es unerheblich, ob der Drall im Uhrzeigersinn oder entgegengesetzt ist. Diese zweite Komponente wird hier als in Umfangsrichtung er¬ fassbare Komponente des Abströmwinkels bezeichnet und ist er¬ findungsgemäß unterschiedlich für zumindest zwei unmittelbar benachbarte Luftmassenpartialströme . Dies wird damit er- reicht, dass die betreffenden Luftleitelemente dementspre- chende ausgebildet sind: wenigstens zwei unmittelbar benach¬ barte Luftleitelemente der Vielzahl an Luftleitelementen sind derart ausgestaltet, dass deren in Umfangsrichtung erfassbare Komponente eines Abströmwinkel η bezogen auf eine durch die Austrittsöffnung des Diffusoraustritts ausgestaltete Umfangs- fläche voneinander verschieden sind. Can be detected section, indicates the inclination of the outflowing air relative to the circumferential direction: whether the air parallel to the circumferential direction of the diffuser outlet (maximum twist) or with less strong swirl around the longitudinal center axis. It is irrelevant whether the spin is clockwise or opposite. This second component is referred to he ¬ tangible component of the outflow angle here than in the circumferential direction and it is the invention according ¬ different for at least two immediately adjacent Luftmassenpartialströme. This is so that ER is sufficient that the air guide elements in question Accord- sponding are formed: at least two immediately Benach ¬ disclosed air guide elements of the plurality of air guide elements are designed such that their detectable in the circumferential direction component of an outflow angle relative η to a configured by the outlet opening of the diffuser outlet Peripheral surface are different from each other.
Im Detail sind die Abströmwinkel sogar für unterschiedliche radiale Positionen des Diffusoraustritts ermittelbar. Wenn jedoch hier nun von unterschiedlichen Komponenten des In detail, the outflow angles can be determined even for different radial positions of the diffuser exit. However, if here now different components of the
Abströmwinkels benachbarter Luftleitelementen die Rede ist, so setzt dieser Vergleich voraus, dass die verglichenen  Outflow angle of adjacent spoiler elements is mentioned, so this comparison requires that the compared
Abströmwinkel der betreffenden Luftleitelemente auf gleichem Radius ermittelt werden. Der Radius ist dabei der radiale Ab- stand zwischen der Längsmittelachse des Diffusors und dem be¬ treffenden Punkt der Hinterkante des Luftleitelements. Outflow angle of the relevant air guide elements are determined on the same radius. The radius is the radial distance-between the longitudinal central axis of the diffuser and be ¬ striking point of the trailing edge of the spoiler element.
Bisher sind diese den Luftleitelementen innewohnende Abströmwinkel - bezogen auf die im Sinne der Erfindung formulierte Umfangsfläche - für alle Luftleitelemente gleich, so dass bisher die Luftmassenpartialströmen mit gleichem Drall abströmten, unabhängig davon, an welcher Umfangslage sie platziert waren. Insofern strömten die Luftmassenpartialströme bisher nur undifferenziert von dem Diffusor ab, so dass die meisten der Luftmassenpartialströme beispielsweise Mündungs¬ öffnungen von Zuströmkanälen von Silo-Brennkammern uneffektiv zugeleitet wurden. So far, these flow control elements inherent flow angle - based on the formulated in the context of the invention peripheral surface - the same for all air guide elements, so far the air mass partial flows flowed off with the same spin, regardless of which circumferential position they were placed. In this respect, the Luftmassenpartialströme previously flowed only undifferentiated from the diffuser, so that most of the air mass partial flows were, for example, muzzle ¬ openings of inflow channels of silo combustion chambers were ineffectively fed.
Speziell dieser Nachteil ist vorliegend behoben bzw. zumin- dest stark abgeschwächt. In the present case, this disadvantage has been remedied or at least greatly attenuated.
Durch die Verwendung der Erfindung können an unterschiedlichen Umfangspositionen des Diffusoraustritts die jeweiligen Luftmassenpartialströme mit einem jeweils individuellen Drall dort lokal ausströmen, so dass die einzelnen Luftmassenparti¬ alströme den Mündungsöffnungen von Zuströmkanälen von Silo- Brennkammern nun verlustärmer zugeleitet werden können. Bei- spielsweise können diejenigen Luftmassenpartialströme, die einen längeren Weg zur Mündungsöffnungen zurücklegen müssen, durch entsprechend ausgestaltete Luftleitelemente mit einem größeren Drall aus dem Diffusor ausströmen als diejenigen Luftmassenpartialströme, die einen kürzeren Weg zu den Mün- dungsöffnungen zurücklegen müssen. Dies verringert die Strömungsverluste zwischen dem Diffusoraustritt und dem Mündungs¬ bereichen . By using the invention, the respective can be at different circumferential positions of the diffuser exit Air mass partial streams with a respective individual swirl locally flow there, so that the individual air mass Parti ¬ alströme the mouth openings of inflow channels of silo combustion chambers can now be supplied loss. By way of example, those air mass partial flows which have to cover a longer path to the orifices can flow out of the diffuser by means of appropriately designed air guide elements with a larger swirl than those air mass partial flows which have to travel a shorter distance to the mouth openings. This reduces the flow losses between the diffuser exit and the estuarine areas ¬.
Die Anzahl an benachbarten Luftleitelementen mit unterschied- liehen in Umfangsrichtung erfassbaren Komponenten der The number of adjacent air guide elements with different borrowed circumferentially detectable components of
Abströmwinkel kann vorliegend verschieden sein und hängt im Wesentlichen auch von dem Design des Diffusors oder dergleichen ab. Insofern können auch nur ausgewählte Luftleitelemente im Sin¬ ne der Erfindung manipuliert werden, um die vorliegenden gewünschten Effekte erzielen zu können. Outflow angle may be different in the present case and depends substantially on the design of the diffuser or the like. In this respect, only selected air guide elements in the Sin ¬ ne of the invention can be manipulated in order to achieve the present desired effects can.
Im Sinne der Erfindung beziehen sich die Abströmwinkel η auf die Umfangsfläche, welche durch die in Umfangsrichtung umlau¬ fende Austrittsöffnung des Diffusoraustritts ausgestaltet ist . For the purposes of the invention, the outflow angles η refer to the peripheral surface, which is configured by the circumferentially umlau ¬ fende outlet opening of the diffuser outlet.
Diese Umfangsfläche ist hierbei durch die gebogene und sich in Umfangsrichtung des Diffusors erstreckende Austrittsöff¬ nung des Diffusoraustritts aufgespannt. This peripheral surface is in this case clamped by the bent and extending in the circumferential direction of the diffuser Austrittsöff ¬ voltage of the diffuser exit.
Der Begriff „thermische Energiemaschine" betrifft im Sinne der Erfindung im Wesentlichen eine Turbine und insbesondere eine Gasturbine. Insofern werden die Begriffe „thermischeIn the context of the invention, the term "thermal energy machine" essentially refers to a turbine and in particular a gas turbine
Energiemaschine" und „Turbine" vorliegend synonym verwendet. Die zwei unmittelbar benachbarten Luftleitelemente sind hierbei in Umfangsrichtung des Diffusoraustritts direkt nebenein¬ ander bevorzugt an dem Diffusoraustritt des Diffusors, oder alternativ unmittelbar hinter dem Diffusoraustritt in einem Diffusoraustrittsbereich einer thermischen Energiemaschine bzw. einer Turbine angeordnet. Power Machine "and" Turbine "used in the present synonymous. The two immediately adjacent air guide elements are hereby arranged in the circumferential direction of the diffuser exit directly nebenein ¬ other preferably at the diffuser outlet of the diffuser, or alternatively immediately behind the diffuser outlet in a diffuser exit region of a thermal energy machine or a turbine.
Es versteht sich, dass die vorliegenden Luftleitelemente un¬ terschiedlich ausgestaltet sein können. Beispielsweise weist ein Luftleitelement einen Blechkörper auf, welcher einen im Sinne der Erfindung vorteilhaften Abströmwinkel η formu¬ liert . It is understood that the present control blades can be designed un ¬ differently. For example, a spoiler element to a sheet metal body having a η advantageous according to the invention formulated ¬ outflow lines.
Ein solcher gewünschter Abströmwinkel η kann konstruktiv be- sonders einfach beispielsweise durch einen am Diffusoraus- tritt geeignet gewählten Neigungswinkel des Blechkörpers bzw. des jeweiligen Luftleitelements erzielt werden. Hierbei kön¬ nen vorteilhafterweise gleich gestaltete bzw. identische Luftleitelemente verwendet werden, wodurch eine kostengüns- tige Herstellung erreicht werden kann. Such a desired outflow angle η can be achieved in a structurally particularly simple manner, for example, by means of an angle of inclination of the sheet-metal body or of the respective air-guiding element that is suitably selected at the diffuser exit. Here Kgs be used ¬ NEN advantageously equal or identical shaped air guide elements, whereby a cost-effective manufacturing can be achieved.
Kumulativ oder alternativ können auch Luftleitelemente mit unterschiedlich geformten und gerichteten Luftleitflächen verwendet werden, um die vorliegenden Effekte erzielen oder verstärken zu können. Hierdurch verkompliziert sich jedoch die Herstellung und Montage der einzelnen unterschiedlichen Luftleitelemente . Cumulatively or alternatively, air guide elements with differently shaped and directed air guide surfaces can also be used in order to be able to achieve or enhance the present effects. However, this complicates the manufacture and assembly of the individual different air guide elements.
Vorliegend kann die Anzahl der vorgesehenen Luftleitelemente nahezu beliebig gewählt werden, wobei die Abströmwinkel und/oder die Neigungswinkel der Luftleitelemente, insbeson¬ dere von wenigstens zwei unmittelbar benachbarten Luftleit¬ elementen, in Abhängigkeit von der Anzahl der an dem Diffu- soraustritt angeordneten Luftleitelemente gewählt sein kön- nen. In the present case, the number of provided air guiding elements can be chosen almost arbitrarily, and drawings and the outflow angle and / or the inclination angle of the air guide elements, insbeson ¬ particular of at least two immediately adjacent air guide ¬ elements selected depending on the number of soraustritt to the diffu- arranged air guiding elements can.
Beispielsweise sind 48 solcher Luftleitelemente an dem Umfang des Diffusoraustritts verteilt angeordnet. Die vorliegenden Luftleitelemente sind in Umfangsrichtung des Diffusoraustritts nebeneinander und damit auch im Wesentli¬ chen konzentrisch um eine Maschinenlängsmittelachse einer thermischen Energiemaschine bzw. eines Verdichters der ther¬ mischen Energiemaschine herum angeordnet. For example, 48 such air guide elements are arranged distributed on the circumference of the diffuser outlet. The present air guide elements are arranged in the circumferential direction of the diffuser exit side by side and thus also in Wesentli ¬ Chen concentrically around a machine longitudinal center axis of a thermal energy machine or a compressor of the thermal energy ¬ machine around.
An dieser Stelle sei noch erwähnt, dass die Begrifflichkeit „unmittelbar" im Sinne der Erfindung bezogen auf die Luft- leitelemente, zwei direkt nebeneinander angeordnete Luftleit¬ elemente beschreibt, zwischen welchen kein weiteres der Luft¬ leitelemente angeordnet ist. Im Gegensatz hierzu beschreibt die Begrifflichkeit „mittelbar" vorliegend benachbarte Luft¬ leitelementen, zwischen denen ein oder mehrere Luftleitele- mente angeordnet sind. At this point it should be noted that the terminology "directly" related in the sense of the invention, guiding elements in the air, two directly juxtaposed air guide ¬ elements describes, between which no further air ¬ guide elements is arranged. In contrast, the terminology describes "Indirectly" in this case adjacent air ¬ guide elements, between which one or more Luftleitele- elements are arranged.
Jedenfalls können die durch die Vielzahl an Luftleitelementen erzeugten Luftmassenpartialströme vorliegend mit unterschied¬ lichen Abströmwinkeln von dem Diffusoraustritt abströmen, wo- durch alle erzeugten Luftmassenpartialströme vorteilhafter, insbesondere mit günstigeren Vorzugsrichtungen, etwa in Richtung von Zuströmkanäle von radial weiter außen angeordneten Silo-Brennkammern oder dergleichen, abströmen können. Insbesondere sind die Abströmwinkel der Luftmassenpartial¬ ströme derart von den einzelnen Luftleitelementen vorgegeben, dass eine diesbezüglich direktere Anströmung der Zuströmkanäle erfolgt. Insofern wird die Aufgabe der Erfindung auch von einer thermischen Energiemaschine, insbesondere einer Gasturbine, mit einem Verdichter zum Verdichten eines entlang der Maschinenlängsmittelachse in axialer Strömungsrichtung strömenden Luftmassenstroms, mit einem diesem Verdichter axial nachge- schalteten Diffusor und mit zwei sich gegenüberliegenden, radial weiter außen angeordneten Silo-Brennkammern gelöst, bei welcher ein durch ein Gehäuse der thermischen Energiemaschine ausgestalteter Diffusoraustrittsbereich radial in zu den Si- lo-Brennkammern hin führenden Zuströmkanäle derart hinein mündet, dass der aus dem Diffusor austretende Luftmassenstrom mittels des Diffusoraustrittsbereichs in die Zuströmkanäle abströmen kann, wobei die thermische Energiemaschine sich durch den hier beschriebenen Diffusor auszeichnet, welcher nach einer der hier beschriebenen Merkmalskombination ausgestaltet sein kann. In any case, the Luftmassenpartialströme generated by the plurality of air guide elements can herein flow out with different ¬ union Abströmwinkeln of the diffuser outlet, WO advantageously through all generated Luftmassenpartialströme, in particular with lower preferential directions, approximately in the direction of inlet flow ducts from radially outwardly arranged silo combustion chambers or the like, can flow out. In particular, the outflow angles of the air mass partial streams are predetermined by the individual air guiding elements such that a direct flow of the inflow channels takes place in this respect. In this respect, the object of the invention is also provided by a thermal energy machine, in particular a gas turbine, with a compressor for compressing an air mass flow flowing along the longitudinal axis of the machine in the axial flow direction, with a diffuser axially downstream of this compressor and with two radially outermost ones facing one another Silo combustion chambers solved in which a configured by a housing of the thermal energy machine diffuser exit area radially in to the Si In this way, the air mass flow exiting from the diffuser can flow out into the inflow channels by means of the diffuser outlet region, the thermal energy machine being characterized by the diffuser described here, which can be designed according to one of the feature combinations described here.
Hierdurch kann der Diffusoraustritt an der thermischen Ener- giemaschine, insbesondere an der Gasturbine, derart ausge¬ staltet werden, dass insbesondere die Zuströmkanäle der Silo- Brennkammern direkter und definierter durch die Luftmassen- partialströme angeströmt werden können. Eine durch den vorliegenden Diffusor ausgerüstete thermische Energiemaschine bzw. Turbine kann somit wesentlich effektiver betrieben werden. Thereby, the diffuser outlet can giemaschine to the thermal energy, particularly at the gas turbine, such being ¬ staltet be that in particular the inflow channels of the silo combustion chambers can be partial flows flows direct and defined by the air mass. A equipped by the present diffuser thermal energy machine or turbine can thus be operated much more effectively.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass zwei un- mittelbar benachbarte Luftleitelemente mit unterschiedlichen Neigungswinkeln gegenüber der Umfangsfläche geneigt angeord¬ net sind. A preferred embodiment provides that two independent indirectly adjacent air guide elements having different inclination angles with respect to the peripheral surface are inclined angeord ¬ net.
Hierdurch können die jeweils durch die unterschiedlich gegen- über der Umfangsfläche geneigten Luftleitelemente erzeugten Luftmassenpartialströme individueller abströmen. As a result, the air mass partial flows generated in each case by the air guide elements which are inclined differently with respect to the peripheral surface can flow off more individually.
Gleiches gilt, wenn zwei unmittelbar benachbart zu einem ge¬ meinsam benachbarten Luftleitelement angeordnete Luftleitele- mente unterschiedlich stark geneigt gegenüber diesem gemeinsamen unmittelbar benachbarten Luftleitelement angeordnet sind . The same applies if two directly adjacent to a ge ¬ mutually adjacent air guide arranged Luftleitele- elements are arranged differently inclined with respect to this common immediately adjacent air guide.
Das gemeinsame Luftleitelement ist hierbei zwischen den bei- den hierzu unmittelbar benachbarten Luftleitelementen angeordnet, wobei diese Luftleitelemente in Umfangsrichtung des Diffusoraustritts nebeneinander platziert sind. Erzeugen die Luftleitelemente, insbesondere zwei unmittelbar benachbarte Luftleitelemente, relativ zu der Umfangsflache, welche durch die im Wesentlichen konzentrisch um eine Maschi- nenlängsmittelachse des Diffusors herum verlaufende Aus- trittsöffnung des Diffusoraustritts aufgespannt ist, unter¬ schiedliche Abströmwinkel, können die Abströmrichtungen der Luftmassenpartialströme individuell vorgegeben werden, um die im Sinne der Erfindung gewünschten Effekte zu erzielen. Die Vorzugsrichtungen der durch die Luftleitelemente erzeug¬ ten Luftmassenpartialströme können noch präziser und effekti¬ ver insbesondere an einem Diffusoraustrittsbereich abströmen, wenn in Bezug auf die Umfangsfläche gewählte Neigungswinkel der Luftleitelemente in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Um- fangslage an dem Diffusoraustritt gewählt sind. In this case, the common air guide element is arranged between the two air guide elements which are directly adjacent thereto, wherein these air guide elements are placed next to one another in the circumferential direction of the diffuser outlet. Generate the air guide elements, in particular two directly adjacent air guide elements, relative to the peripheral surface, which is spanned by the concentric about a machine longitudinal axis of the diffuser extending around the outlet opening of the diffuser exit under ¬ different outflow, the outflow directions of the air mass partial streams can be set individually be in order to achieve the desired effects for the purposes of the invention. The preferred directions of the erzeug ¬ th through the air guide elements Luftmassenpartialströme can more precisely and effekti ¬ ver flow off in particular to a diffuser exit area, when selected with respect to the peripheral surface inclination angle of the air guide elements in dependence on their respective circumferential position are selected at the diffuser outlet.
Beispielsweise weisen von einer Mündungsöffnung eines Zuströmkanals weiter entfernt angeordnete Luftleitbleche bzw. Luftleitelemente einen anderen Neigungswinkel, insbesondere einen spitzeren Neigungswinkel, auf als ein näher an einem solchen Zuströmkanal angeordnetes Luftleitblech bzw. Luft¬ leitelement . For example, from a mouth opening of an inflow duct farther spaced air baffles or spoiler elements have a different angle of inclination, in particular a more acute angle of inclination, as a closer to such an inflow channel arranged air baffle or air ¬ guide element.
Je nach Ausgestaltung der Erfindung kann es zweckmäßig sein, wenn Abströmwinkel η und/oder Neigungswinkel der Luftleit¬ elemente in Bezug auf eine durch eine Austrittsöffnung des Diffusoraustritts ausgestaltete Umfangsfläche umso kleiner sind, je weiter das jeweilige Luftleitelement von einer Mün¬ dungsöffnung eines Zuströmkanals von Silo-Brennkammern oder dergleichen entfernt angeordnet ist, da hierdurch die parti¬ ellen Abströmungen gezielter vorgegeben werden können. Depending on the embodiment of the invention, it may be expedient if outflow angle η and / or inclination angle of the air guide ¬ elements in terms are smaller on a configured through an outlet opening of the diffuser outlet peripheral surface, the further the respective air guiding element from a Mün ¬ dung opening of an inflow channel of Silo Burning chambers or the like is arranged remotely, as a result, the parti ¬ ellen outflows can be specified more specific.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn Abströmwinkel η und/oder Neigungswinkel von benachbarten Luftleitelementen, insbesondere von zwei unmittelbar benachbarten Luftleitele¬ menten, in Abhängigkeit von einem von der letzten Verdichterstufe formulierten Strömungsaustrittswinkel des Luftmassen¬ stroms eines stromauf angeordneten Verdichters gewählt sind. Einer durch einen Restdrall des aus der letzten Verdichterstufe austretenden Luftmassenstroms gegebenenfalls entstehen¬ den Verblockung des Luftmassenstroms innerhalb des Diffusors kann vorteilhaft dadurch entgegengewirkt werden, dass dieMoreover, it is advantageous if outflow angle η and / or inclination angle of the adjacent air guide elements, in particular of two immediately adjacent Luftleitele ¬ elements, are selected as a function of a formulated from the last compressor stage flow exit angle of the air masses ¬ stream of arranged upstream compressor. Caused by a residual twist of exiting the last compressor stage air mass flow, where appropriate, a ¬ the blocking of the air mass flow within the diffuser can advantageously be counteracted by the fact that the
Abströmwinkel η und/oder Neigungswinkel der Luftleitelemente in Abhängigkeit von einem von der letzten Verdichterstufe formulierten Strömungsaustrittswinkel des Luftmassenstroms des vorgeschalteten Verdichters gewählt sind. Outflow angle η and / or inclination angle of the air guide elements are selected in dependence on a formulated by the last compressor stage flow outlet angle of the air mass flow of the upstream compressor.
Im Idealfall können die sich gegenüberliegenden Luftleitelemente in Umfangsrichtung des Diffusoraustritts um 180° ver¬ setzt zueinander angeordnet sein. Gegebenenfalls können auch Schieflasten hinsichtlich zweier Silo-Brennkammereinrichtun- gen einer Gasturbine zur Gänze vermieden oder zumindest sig¬ nifikant reduziert werden, wenn sich am Diffusoraustritt ge¬ genüberliegende Luftleitelemente nicht den gleichen Abström¬ winkel η bzw. nicht den gleichen Neigungswinkel aufweisen. Insofern ist es vorteilhaft, wenn sich am Diffusoraustritt gegenüberliegende Luftleitelemente voneinander verschiedene Abströmwinkel η bzw. voneinander verschiedene Neigungswinkel aufweisen . Durch eine individuelle Anpassung der Abströmwinkel η bzw. der Neigungswinkel im Sinne der Erfindung kann eine Auftei¬ lung des Luftmassenstroms präziser erfolgen und somit eine Homogenisierung der Verbrennung an den Silo-Brennkammereinrichtungen erreicht werden. Ideally, the opposing air guide elements can be arranged in the circumferential direction of the diffuser outlet by 180 ° ver ¬ sets to each other. Optionally, unbalanced loads can be avoided entirely or at least sig ¬ nificantly reduced as at the diffuser outlet ge ¬ genüberliegende air guiding elements not η the same Abström ¬ angles or do not have the same angle of inclination with respect to two silo Brennkammereinrichtun- gene of a gas turbine. In this respect, it is advantageous if the diffuser outlet opposite air guide elements have mutually different outflow angles η or different angles of inclination from each other. By individual adjustment of the outflow angle η or the angle of inclination in accordance with the invention may be a Auftei ¬ development of the air mass flow more precise and thus homogenization of the combustion to the silo combustors are achieved.
Jedenfalls können mit der vorliegenden Erfindung die von dem Diffusoraustritt abströmenden Luftmassenpartialströme bereits quasi vorsortiert werden, so dass sie effektiver insbesondere einen Diffusoraustrittsbereich durchströmen können. In any case, with the present invention, the air mass partial streams flowing out of the diffuser outlet can already be virtually sorted, so that they can flow through a diffuser outlet area more effectively, in particular.
Weitere Merkmale, Effekte und Vorteile vorliegender Erfindung werden anhand anliegender Zeichnung und nachfolgender Beschreibung erläutert, in welchen beispielhaft ein Diffusor mit durch unterschiedlich gewählte Neigungswinkel ausgerichteten Luftleitelementen an einer als Turbine ausgestalteten thermischen Energiemaschine dargestellt und beschrieben ist. In der Zeichnung zeigen: Further features, effects and advantages of the present invention will be explained with reference to the appended drawings and the following description, in which by way of example a diffuser is shown and described with aligned by differently selected angle of inclination air guide elements on a configured as a turbine thermal energy machine. In the drawing show:
Figur 1 schematisch eine quer zu einer Turbinenlängsmittel- achse geschnittene Querschnittsansicht eines Diffu- sors einer Turbine; und FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view of a diffuser of a turbine cut transversely to a turbine longitudinal center axis; and
Figur 2 schematisch eine perspektivische Teilansicht eines Figure 2 schematically shows a perspective partial view of a
Diffusorsegmentes des in der Figur 1 gezeigten Dif- fusors . Der in den Figuren 1 und 2 zumindest teilweise gezeigte Dif- fusor 1 ist stromab, also in axialer Strömungsrichtung 2 gesehen hinter einem hier nicht gezeigten Verdichter einer thermischen Energiemaschine bzw. einer Turbine 3 angeordnet, wobei die axiale Strömungsrichtung 2 mit der Längsmittelachse 4 fluchtet.  Diffuser segmentes of Diffusors shown in Figure 1. The diffuser 1, which is at least partially shown in FIGS. 1 and 2, is arranged downstream of a compressor of a thermal energy machine or turbine 3, not shown here, in the axial flow direction 2, the axial flow direction 2 being in alignment with the longitudinal central axis 4.
Bei der Turbine 3 handelt es sich in diesem Ausführungsbei¬ spiel um eine Gasturbine 5, wobei sich die Turbine 3 bzw. die Gasturbine 5 noch durch zwei radial weiter außen angeordnete und nicht dargestellte Silo-Brennkammereinrichtungen mit jeweils einer Silo-Brennkammer (nicht gezeigt) auszeichnet. In the turbine 3 is in this Ausführungsbei ¬ play a gas turbine 5, wherein the turbine 3 and the gas turbine 5 or by two radially outwardly disposed and not shown silo combustors, each with a silo combustion chamber (not shown) distinguished.
Hierbei ist ein stromab hinter dem Diffusor 1 ausgebildeter Diffusoraustrittsbereich 10 zumindest teilweise durch ein Ge- häuse 11 der Turbine 3 ausgestaltet, wobei dieser Diffusor- austrittsbereich 10 seitlich und in Bezug auf seine Längsmit¬ telachse 4 in radialer Richtung 12 (nur beispielhaft einge¬ zeichnet) radial nach außen in jeweils eine Mündungsöffnung 13 bzw. 14 eines Zuströmkanals 15 bzw. 16 hinein mündet, wel- eher jeweils bis in die entsprechende Silo-Brennkammer führt. Here, a downstream behind the diffuser 1 Trained diffuser exit area 10 is at least partially housing by an overall 11 of the turbine designed 3, wherein the diffuser outlet portion 10 laterally (in relation to its median longitudinal ¬ center axis 4 in the radial direction 12 only by way of example be ¬ characterized ) opens radially outward into a respective orifice opening 13 or 14 of an inflow channel 15 or 16, respectively, which in each case leads as far as into the corresponding silo combustion chamber.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, handelt es sich bei dem hier gezeigten Diffusor um einen Diagonal-Ringdiffusor . Diagonal be- deutet dabei, dass die Hauptströmungsrichtung im Diffusor 1 in etwa 45° gegenüber einer Längsmittelachse 4 des Diffusors 1 beträgt. Ringdiffusor bedeutet dabei, dass der As can be seen from FIG. 2, the diffuser shown here is a diagonal ring diffuser. Diagonally indicates that the main flow direction in the diffuser 1 is approximately 45 ° with respect to a longitudinal center axis 4 of the diffuser 1. Ring diffusor means that the
Diffusoraustrittsbereich 10 als Ringspalt ausgebildet ist, der die Längsmittelachse 4 des Diffusors 1 konzentrisch umgibt . Diffuser exit region 10 is formed as an annular gap which surrounds the longitudinal central axis 4 of the diffuser 1 concentrically.
Wie insbesondere auch gemäß der Darstellung nach der Figur 2 gut ersichtlich ist, gelangt ein hier nicht weiter einge- zeichneter, den Verdichter in axialer Strömungsrichtung 2 durchströmender Luftmassenstrom durch einen Diffusoreintritt 20 hindurch in den Diffusor 1, durchströmt einen sich aufweitenden Diffusorkanal 21 des Diffusors 1 und strömt an¬ schließend weiter aus einen Diffusoraustritt 22 und dem Dif- fusoraustrittsbereich 10 zu den Mündungsöffnungen 13 und 14 ab, wobei der abströmende Luftmassenstrom im Bereich des Diffusoraustritts 22 mittels einer Vielzahl an Luftleitele¬ menten 23 (hier nur exemplarisch beziffert) in eine entsprechende Vielzahl an Luftmassenpartialströmen 24 (nur exempla- risch beziffert, siehe Figur 1) aufgeteilt wird. As can be clearly seen in particular from the illustration according to FIG. 2, an air mass flow flowing through the compressor in the axial flow direction 2 does not reach the diffuser 1 through a diffuser inlet 20 and flows through an expanding diffuser channel 21 of the diffuser 1 and flows at ¬ closing further from a diffuser outlet 22 and the dif- fusoraustrittsbereich 10 to the orifices 13 and 14 from, the flowing air mass flow in the area of the diffuser exit 22 by means of a plurality of Luftleitele ¬ elements 23 (only exemplarily here) corresponding to a Variety of air mass partial streams 24 (only exemplarily figured, see Figure 1) is divided.
Die Vielzahl an Luftleitelementen 23 ist in Umfangsrichtung 25 des Diffusoraustritts 22 konzentrisch um die Turbinen- längsmittelachse 4 herum verteilt angeordnet. The plurality of air guide elements 23 are arranged distributed in the circumferential direction 25 of the diffuser outlet 22 concentrically around the turbine longitudinal central axis 4.
Damit die einzelnen Luftmassenpartialströme 24 direkter und optimierter in Richtung der Mündungsöffnungen 13 und 14 abströmen können, sind zumindest einige der Luftleitelemente 23 und insbesondere jeweils zwei unmittelbar benachbarte Luft- leitelemente 23 mit einem Neigungswinkel 30 (nur exemplarisch eingetragen) gegenüber einer durch die Austrittsöffnung 31 des Diffusoraustritts 22 aufgespannten Umfangsfläche 32 der¬ art geneigt angeordnet, dass die einzelnen Luftmassenpartial¬ ströme 24 direkter und optimierter in Richtung der Mündungs- Öffnungen 13 und 14 abströmen können. So that the individual air mass partial flows 24 can flow out more directly and optimally in the direction of the orifices 13 and 14, at least some of the air guiding elements 23 and, in particular, two directly adjacent air guiding elements 23 with an angle of inclination 30 (shown only by way of example) with respect to one through the outlet opening 31 of FIG Diffuser exit 22 clamped circumferential surface 32 of ¬ art arranged inclined that the individual Luftmassenpartial ¬ currents 24 can flow more directly and optimally in the direction of the orifices openings 13 and 14.
Kumulativ oder alternativ können Luftleitelemente 23 noch derart unterschiedlich ausgebildet sein, dass die einzelnen Luftmassenpartialströme 24 direkter und optimierter in Richtung der Mündungsöffnungen 13 und 14 oder noch effektiver abströmen können. So ist im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 erkennbar, dass diejenigen Luftmassenpartialströme 24, welche auf der 03:00 Uhr und 09:00 Uhr Position des Dif- fusors 1 ausströmen, dies nahezu drallfrei tun. Mit anderen Worten: Die Luftmassenpartialströme bzw. die diese lenkenden Luftleitelemente 23 weisen eine eher kleine bis gar keine in Umfangsrichtung erfassbare Komponente des Abströmwinkels auf. Im Unterschied dazu sind diejenigen Luftmassenpartialströme, welche auf der 12:00 Uhr und 06:00 Uhr Position des Diffusors ausströmen, mit größerem Drall versehen. Mithin weisen diese Luftmassenpartialströme bzw. die diese lenkenden Luftleitele¬ mente 23 eine eher größere in Umfangsrichtung erfassbare Kom- ponente des Abströmwinkels auf. Cumulatively or alternatively, air guide elements 23 may still be designed differently such that the individual Air mass partial streams 24 direct and optimized in the direction of the orifices 13 and 14 or even more effective flow. Thus, in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, it can be seen that those air mass partial flows 24, which flow out at the 3 o'clock and 9 o'clock position of the diffuser 1, do this virtually without twisting. In other words, the air mass partial flows or the air guiding elements 23 directing them have a rather small, if any, component of the outflow angle that can be detected in the circumferential direction. In contrast, those air mass partial streams which emanate at the 12:00 o'clock and 06:00 o'clock position of the diffuser are provided with greater swirl. Thus, these Luftmassenpartialströme or these guiding elements 23 Luftleitele ¬ a rather larger detectable in the circumferential direction compo- nent of the outflow angle on.
Mithin sind in den Übergangsbereichen, beispielsweise bei der 02:00 Uhr Position, zwei unmittelbar benachbart zu einem gemeinsam benachbarten Luftleitelement 23 angeordnete Luftleit- elemente 23 unterschiedlich geneigt zu diesem gemeinsamen unmittelbar benachbarten Luftleitelement 23 angeordnet, so dass bevorzugt jedes der Luftleitelemente 23 in Bezug auf die Um- fangsflache 32 anders geneigt angeordnet ist. Insofern können die Luftleitelemente 23 bezüglich der vorlie¬ genden Umfangsflache 32 unterschiedliche Abströmwinkel η er¬ zeugen . Consequently, in the transition regions, for example at the 02:00 o'clock position, two air guiding elements 23 arranged directly adjacent to a mutually adjacent air guiding element 23 are arranged differently inclined relative to this common immediately adjacent air guiding element 23, so that preferably each of the air guiding elements 23 with respect to the peripheral surface 32 is arranged differently inclined. In this respect, the air guide elements 23 with respect to the vorlie ¬ ing circumferential surface 32 different discharge angle η he testify ¬ .
Von einem der Luftleitelemente 23 wird also ein Abströmwinkel η erzeugt, wobei von einem ersten unmittelbar benachbarten Luftleitelemente 23 ein hiervon verschiedener Abströmwinkel η+ι und von einem weiteren unmittelbar benachbarten Luftleitelemente 23 ein hiervon verschiedener Abströmwinkel η-ι er¬ zeugt wird. Weiter wird von einem ersten mittelbar benachbar- ten Luftleitelemente 23 ein hiervon verschiedener Abströmwinkel η+2 erzeugt usw. Ferner sind die in Bezug auf die Umfangsflache 32 gewählte Neigungswinkel 30 der Luftleitelemente 23 in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Umfangslage 33 an dem Diffusoraustritt 22 gewählt, wodurch die einzelnen Luftmassenpartialströme 24 noch zielgerichteter in Richtung der Mündungsöffnungen 13 und 14 abströmen. From one of the air guiding elements 23 therefore an outflow angle η is generated, wherein a different outflow angle thereof by a first air guide elements 23 immediately adjacent to it is evidence ¬ + η ι and -ι η thereof a different outflow angle of a further air guiding elements immediately adjacent the 23rd Furthermore, from a first indirectly adjacent air guiding element 23, a different outlet angle η + 2 is generated, etc. Further, the selected with respect to the peripheral surface 32 inclination angle 30 of the air guide elements 23 are selected depending on their respective circumferential position 33 at the diffuser outlet 22, whereby the individual air mass partial streams 24 even more targeted flow in the direction of the mouth openings 13 and 14.
Mittels des in der Turbine 2 integrierten und vorstehend be¬ schriebenen Diffusors 1 können die von dem Diffusoraustritt 22 abströmenden Luftmassenpartialströme 24 hinsichtlich ihrer Strömungsrichtung bereits derart gut vorsortiert werden, dass sie effektiver zu den Mündungsöffnungen 13 bzw. 14 hin abströmen können. By means of the integrated in the turbine 2 and above ¬ be written diffuser 1 can already be pre-sorted such well with respect to their flow direction of the flowing from the diffuser outlet 22 Luftmassenpartialströme 24 that they can flow off more effectively to the discharge openings 13 and 14 out.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch dieses offenbarte Ausführungsbei¬ spiel eingeschränkt, und andere Variationen können vom Fach¬ mann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by this disclosed Ausführungsbei ¬ game, and other variations can be derived from the expert ¬ man from this, without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Diffusor (1) einer thermischen Energiemaschine (3), ins- besondere einer Gasturbine (5) , mit einem Diffusoreintritt1. Diffuser (1) of a thermal energy machine (3), in particular a gas turbine (5), with a diffuser inlet
(20), mit einem Diffusoraustritt (22) und mit einer Viel¬ zahl an Luftleitelementen (23) , bei welchem ein Luftmassenstrom durch den Diffusoreintritt (20) hindurch in den Diffusor (1) hinein gelangt, und bei welchem der in den Diffusor (1) gelangte Luftmassenstrom durch den Diffusor- austritt (22) wieder aus dem Diffusor (1) hinaus gelangt und hierbei mittels der Luftleitelemente (23) als eine Vielzahl an in Umfangsrichtung benachbarten Luftmassenpar- tialströmen (24) abströmt, (20), with a diffuser outlet (22) and with a plurality ¬ number of air guide elements (23), in which an air mass flow through the diffuser inlet (20) passes into the diffuser (1) inside, and in which the diffuser (in 1) reached mass air flow through the diffuser outlet (22) again from the diffuser (1) out and here flows by means of the air guide elements (23) as a plurality of circumferentially adjacent Luftmassenpar- tialströmen (24),
wobei wenigstens zwei unmittelbar benachbarte Luftleitele¬ mente (23) der Vielzahl an Luftleitelementen (23) derart ausgestaltet sind, dass deren in Umfangsrichtung erfassbare Komponente eines Abströmwinkel η bezogen auf eine durch die Austrittsöffnung (31) des Diffusoraustritts (22) ausge- staltete Umfangsflache (32) voneinander verschieden sind. wherein at least two immediately adjacent Luftleitele ¬ elements (23) of the plurality of air guide elements (23) are designed such that their circumferentially detectable component of a discharge angle η with respect to a through the outlet opening (31) of the diffuser outlet (22) configured peripheral surface ( 32) are different from each other.
2. Diffusor (1) nach Anspruch 1, 2. Diffuser (1) according to claim 1,
wobei zwei unmittelbar benachbarte Luftleitelemente (23) mit unterschiedlichen in Umfangsrichtung erfassbaren Nei- gungswinkeln (30) gegenüber der Umfangsflache (32) geneigt angeordnet sind.  wherein two immediately adjacent air guide elements (23) with different circumferentially detectable inclination angles (30) relative to the peripheral surface (32) are arranged inclined.
3. Diffusor (1) nach Anspruch 1 oder 2, 3. Diffuser (1) according to claim 1 or 2,
wobei zwei unmittelbar benachbart zu einem gemeinsam be- nachbarten Luftleitelement (23) angeordnete Luftleitele¬ mente (23) unterschiedlich stark geneigt gegenüber diesem gemeinsamen unmittelbar benachbarten Luftleitelement (23) angeordnet sind. wherein two immediately adjacent to a jointly adjacent air guide element (23) arranged Luftleitele ¬ elements (23) are arranged at different degrees inclined relative to this common immediately adjacent air guide element (23).
4. Diffusor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. Diffuser (1) according to one of claims 1 to 3,
wobei in Bezug auf die Umfangsflache (32) gewählte Nei¬ gungswinkel (30) der Luftleitelemente (23) in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Umfangslage (33) an dem Diffusoraus- tritt (22) gewählt sind. wherein with respect to the circumferential surface of selected (32) Nei ¬ supply angle (30) of air guide elements (23) in dependence on their respective circumferential location (33) on the Diffusoraus- occurs (22) are selected.
5. Diffusor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. Diffuser (1) according to one of claims 1 to 4,
wobei Abströmwinkel η und/oder Neigungswinkel (30) von be- nachbarten Luftleitelementen (23) , insbesondere von zwei unmittelbar benachbarten Luftleitelementen (23) , in Abhängigkeit von einem von der letzten Verdichterstufe formu¬ lierten Strömungsaustrittswinkel des Luftmassenstroms eines stromauf angeordneten Verdichters gewählt sind. wherein outflow angle η and / or inclination angle (30) of adjacent air guide elements (23), in particular of two immediately adjacent air guide elements (23), depending on a formu ¬ lated from the last compressor stage flow outlet angle of the air mass flow of an upstream compressor are selected.
6. Diffusor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. Diffuser (1) according to one of claims 1 to 5,
wobei sich am Diffusoraustritt (22) gegenüberliegende Luft¬ leitelemente (23) voneinander verschiedene Abströmwinkel η bzw. voneinander verschiedene Neigungswinkel (30) aufwei- sen. wherein at the diffuser outlet (22) opposite air ¬ guide elements (23) from each other different outflow angle η or mutually different inclination angle (30) aufwei- sen.
7. Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 7. Diffuser according to one of claims 1 to 6,
ausgestaltet als Diagonal-Ringdiffusor .  designed as a diagonal ring diffuser.
8. Thermische Energiemaschine (3), insbesondere Gasturbine (5) , mit einem Verdichter zum Verdichten eines entlang der Maschinenlängsmittelachse (4) in axialer Strömungsrichtung (2) strömenden Luftmassenstroms, mit einem diesem Verdichter axial nachgeschalteten Diffusor (1) und mit zwei sich gegenüberliegenden, radial weiter außen angeordneten Silo-8. Thermal energy machine (3), in particular gas turbine (5), with a compressor for compressing along the machine longitudinal center axis (4) in the axial flow direction (2) flowing air mass flow, with a compressor axially downstream diffuser (1) and with two opposite radially outward silo
Brennkammern, bei welcher ein durch ein Gehäuse (11) der thermischen Energiemaschine (3) ausgestalteter Diffuso- raustrittsbereich (10) radial in zu den Silo-Brennkammern hin führenden Zuströmkanäle (15, 16) derart hinein mündet, dass der aus dem Diffusor (1) austretende Luftmassenstrom mittels des Diffusoraustrittsbereichs (10) in die Zuström¬ kanäle (15, 16) abströmen kann, Combustion chambers in which a diffuser outlet region (10) configured by a housing (11) of the thermal energy machine (3) opens radially into inflow channels (15, 16) leading to the silo combustion chambers in such a way that the diffuser outlet (1 ) exiting air mass flow by means of the diffuser outlet region (10) in the inflow ¬ channels (15, 16) can flow,
wobei die thermische Energiemaschine (3) sich durch einen Diffusor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aus- zeichnet.  wherein the thermal energy machine (3) is characterized by a diffuser (1) according to one of the preceding claims.
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